非平衡态.ppt

非平衡态： 系统各部分物理性质 (如流速、温度、密度)不均匀。 第三章 输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论 一、黏性现象的宏观规律 二、扩散现象的宏观规律 三、热传导现象的宏观规律 四、对流传热 五、气体分子平均自由程 六、气体输运系数的导出 七、稀薄气体中的输运过程 （一）层流与牛顿黏性定律 （一）层流与牛顿黏性定律 2、稳恒层流中的黏性现象（内摩檫现象） （一）层流与牛顿黏性定律 3、牛顿黏性定律 （P109） （一）层流与牛顿黏性定律 3、牛顿黏性定律 （P109） （一）层流与牛顿黏性定律 4、非牛顿流体 （P111） （一）层流与牛顿黏性定律 5、气体黏性微观机理 （P111） （一）层流与牛顿黏性定律 6、切向动量流密度 （P110） (P110 例题3.1 ) （二）泊萧叶定律与管道流阻 1、泊萧叶定律 （P112） （二）泊萧叶定律与管道流阻 2、管道流阻 （P113） 例题： P113 例题3.2 （三）斯托克斯定律 （P114） 1、扩散 （P114） 2、菲克定律 （P115） 3、气体扩散的微观机理 （P117） 应用：（P117） 1、傅立叶定律 （P119） 1、傅立叶定律 （P119） 1、傅立叶定律 （P119） 2、气体热传导的微观机理 （P120） 例题： P162 习题3.3.2 1、自然对流 （P126） 太阳能热水器 2、牛顿冷却定律 （P128） 取暖器关还是不关？ 天气寒冷，家里正开着取暖器，如果你要离开家15分钟到街上买东西，为了节约能源，正在使用的取暖器该开着还是关掉？ （一）碰撞（散射）截面 （P131） （二）分子间平均碰撞频率 （P132） （二）分子间平均碰撞频率 （P132） （二）分子间平均碰撞频率 （P132） （三）气体分子平均自由程 （P134） 注意： 适用条件： 例题1： （P132例题3.8 、P134例题3.10） 例题： P163 习题3.8.1 思考题： P160 思考题3.1 （刚性气体分子） P160 思考题3.3 （一）气体黏性系数的导出 （P140—142） （一）气体黏性系数的导出 （P140—142） （二）气体热传导系数 （P143） （三）气体扩散系数 （P143） 说明：近似理论，主要用于估计数量级。（P146） 一、稀薄气体的特征 一、稀薄气体的特征 二、稀薄气体中的热传导现象 （P148） 二、稀薄气体中的热传导现象 （P148） 二、稀薄气体中的热传导现象 （P148） 作业： P162 习题3.3.1 （傅立叶定律） P163 习题3.6.3 （气体分子平均自由程） P164 习题3.8.2 （输运系数） 平均自由程 平均碰撞频率 描述的物理量有： 气体分子碰撞 使平衡态下分子速度有稳定分布； 实现能量均分； 使气体由非平衡态?平衡态。 碰撞截面σ 五、 气体分子平均自由程 分子有效直径：d 。 描述分子间作相对运动时分子之间相互作用的特征量。 （非刚性分子： T升高，d减小，σ与T有关；刚性分子：σ不随T变化） 有效直径分别为d1、d2的两刚性球分子的碰撞（散射）截面： 分子碰撞（散射）截面： σ=πd2 五、 气体分子平均自由程 1.定义： 单位时间内一个分子所受到的平均碰撞次数。 2.平衡态的化学纯理想气体中分子平均碰撞频率公式 五、 气体分子平均自由程 推导：简化假设： 取分子A作为气体分子的代表，其它分子视作质点并相对静止,平均来看, A相对运动速度为 d 碰撞频率的分析 A 静止 ? = ?d2 u 思考： Δt时间内，哪些分子能与A相碰？ 五、 气体分子平均自由程 d A 静止 u 推导： 圆柱体的截面积： 平均碰撞频率： （分子的碰撞截面） ? = ?d2 圆柱体体积： 柱体内分子数： 讨论： 如何变化？ （1）温度不变，压强增大 （2）压强不变，温度减小 五、 气体分子平均自由程 1、定义： 气体分子在相邻两次碰撞间走过的平均路程。 2. 平衡态的化学纯理想气体中分子平均自由程： 五、 气体分子平均自由程 空气分子d ≈ 3.5?10-10m，计算标准状况下空气分子的平均碰撞频率和平均自由程。 -----?? = 6.